(57)【要約】【課題】  高周波領域において高い振動振幅を有する圧電磁器組成物とその圧電磁器組成物を使用した圧電共振子を提供すること。【解決手段】主成分が組成式Ｐｂ１−ｘ(Ａ１１／２Ａ２１／２)ｘ(Ｍｎ１／３Ｍ２／３)ａＺｒｂＴｉｃＯ３で表され、それを基本組成として一般記号「ＡＢＯ３」で表されるペロブスカイト型構造を有することを特徴とするもの。但し、Ａ１：アルカリ金属(価数＋１)の内Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｅの内少なくとも一種類以上を含む。Ａ２：Ｂｉ及び希土類元素の内少なくとも一種類以上を含む。Ｍ  ：Ｓｂ、Ｎｂ、Ｔａの内少なくとも一種類以上を含む。【選択図】  図１
2007204346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分が組成式Ｐｂ１−ｘ(Ａ１１／２Ａ２１／２)ｘ(Ｍｎ１／３Ｍ２／３)ａＺｒｂＴｉｃＯ３で表され、それを基本組成として一般記号ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型構造を有することを特徴とする圧電磁器組成物。
但し、
Ａ１：アルカリ金属(価数＋１)の内リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、
カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｅ）の内少なくと
も一種類以上を含む。
Ａ２：ビスマス（Ｂｉ）及び希土類元素の内少なくとも一種類以上を含む。
Ｍ  ：アンチモン（Ｓｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）の内少な
くとも一種類以上を含む。
【請求項２】
請求項１記載の圧電磁器組成物において、
上記組成式における「ｘ」が０＜ｘ≦０．０８の範囲にあることを特徴とする圧電磁器組成物。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の圧電磁器組成物において、
上記組成式における「ａ」、「ｂ」、「ｃ」がそれぞれ０．０１≦ａ≦０．１５、０．３８≦ｂ≦０．６０、０．３８≦ｃ≦０．６０の範囲にあり、且つ、ａ＋ｂ＋ｃ＝１．０であることを特徴とする圧電磁器組成物。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の圧電磁器組成物において、
上記希土類元素はランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、カドリニウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）であることを特徴とする圧電磁器組成物。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかに記載の圧電磁器組成物において、
上記組成式の鉛（Ｐｂ）の一部をカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）の内何れかの元素により５ｍｏｌ％以下で置換したことを特徴とする圧電磁器組成物。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れかに記載の圧電磁器組成物からなる圧電体で、その平均結晶粒径が５μｍ以下であることを特徴とする圧電共振子。
【請求項７】
請求項６記載の圧電共振子において、
その平均結晶粒径が３μｍ以下であることを特徴とする圧電共振子。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、圧電アクチュエータや圧電トランス等の圧電デバイスに最適な圧電磁器組成物とその圧電磁器組成物を使用した圧電共振子に係り、特に、高周波領域での高電圧駆動に対して高い振動振幅特性を得ることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に圧電素子は、圧電アクチュエータや圧電トランス等の応用デバイスとして広く利用されている。上記圧電アクチュエータは、微小変位制御が可能で、しかも応答性が速く電磁ノイズを出さないことから、精密位置決め用のモータ素子として利用されている。又、上記圧電トランスは、電磁トランスと比較して高い昇圧比が得られるとともに高い効率が得られることから、液晶ディスプレイ用インバータのバックライト用として広く用いられている。
【０００３】
又、この種の圧電デバイスは圧電素子に印加された電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する性質を利用しており、その際、印加される交流電圧の大きさに比例して圧電素子の振動振幅が大きくなる特性を備えている。しかしながら、圧電素子に印加される電圧をさらに高くしていくと、エネルギー損失が大きくなって圧電素子自体の発熱が大きくなり、その結果、期待された程の高い振動振幅特性が得られず、場合によっては圧電素子が破壊されてしまうようなこともあった。
【０００４】
因みに、上記圧電素子の最大振動振幅(ξ)とそのときの共振周波数(ｆｒ)とその圧電素子の実効振動速度(Ｖ)は次の式(Ｉ)によって表される。
Ｖ＝√２・π・ｆｒ・ξ  ―――(Ｉ)
但し、
Ｖ  ：実効振動速度
ｆｒ：共振周波数
ξ  ：最大振動振幅  
【０００５】
その為、実際にはあまり発熱しない程度の低い電圧で圧電素子を駆動させるか、或いは断続的に高い電圧を印加するといった手法が採用されている。
ところが、近年、これら圧電デバイスの高性能化に伴い、圧電素子に対してさらに高い振動振幅で駆動することが要求されている。
【０００６】
次の式（ＩＩ）に示すように、この振動速度(Ｖ)は、圧電素子の材料定数である圧電定数(ｄ３１)と機械的品質係数（Ｑｍ）の積に比例することが知られている。このため、より高い振動振幅を得るためには、圧電素子の圧電定数(ｄ３１)と機械的品質係数（Ｑｍ）を共に大きくすることが必要である。  
Ｖ＝４／π√（ＣＥ／ρ）・ｄ３１・Ｑｍ・Ｅ ―――(ＩＩ)
但し、
Ｖ  ：振動速度
ＣＥ：ヤング率
ρ  ：密度
ｄ３１：圧電定数
Ｑｍ  ：機械的品質係数
Ｅ  ：電界
【０００７】
このように、高い振動振幅を得るためには、圧電素子の圧電定数(ｄ３１)と機械的品質係数（Ｑｍ）を大きくする必要がある。しかしながら、従来の圧電素子においては高い振動振幅が得られる有用なものは存在せず、その為、高周波領域における高電圧駆動に対して十分に対応できないという問題があった。
【０００８】
尚、この種の圧電素子を開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３等がある。
【特許文献１】特開２００３−６３８６５号公報
【特許文献２】特開２００２−３６２９７３号公報
【特許文献３】特開２００２−３５６３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、高周波領域において高い振動振幅特性を有する圧電磁器組成物とそのような圧電磁器組成物を使用した圧電共振子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するべく本願発明の請求項１による圧電磁器組成物は、主成分が組成式Ｐｂ１−ｘ(Ａ１１／２Ａ２１／２)ｘ(Ｍｎ１／３Ｍ２／３)ａＺｒｂＴｉｃＯ３で表され、それを基本組成として一般記号ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型構造を有することを特徴とするものである。
但し、
Ａ１：アルカリ金属(価数＋１)の内リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、
カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｅ）の内少なくと
も一種類以上を含む。
Ａ２：ビスマス（Ｂｉ）及び希土類元素の内少なくとも一種類以上を含む。
Ｍ  ：アンチモン（Ｓｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）の内少な
くとも一種類以上を含む。
又、請求項２による圧電磁器組成物は、請求項１記載の圧電磁器組成物において、上記組成式における「ｘ」が０＜ｘ≦０．０８の範囲にあることを特徴とするものである。
又、請求項３による圧電磁器組成物は、請求項１又は請求項２記載の圧電磁器組成物において、上記組成式における「ａ」、「ｂ」、「ｃ」がそれぞれ０．０１≦ａ≦０．１５、０．３８≦ｂ≦０．６０、０．３８≦ｃ≦０．６０の範囲にあり、且つ、ａ＋ｂ＋ｃ＝１．０であることを特徴とするものである。
又、請求項４による圧電磁器組成物は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の圧電磁器組成物において、上記希土類元素はランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、カドリニウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）であることを特徴とするものである。
又、請求項５による圧電磁器組成物は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の圧電磁器組成物において、上記組成式の鉛（Ｐｂ）の一部をカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）の内何れかの元素により５ｍｏｌ％以下で置換したことを特徴とするものである。
又、請求項６による圧電共振子は、請求項１〜請求項５の何れかに記載の圧電磁器組成物からなる圧電体で、その平均結晶粒径が５μｍ以下であることを特徴とするものである。
又、請求項７による圧電共振子は、請求項６記載の圧電共振子において、その平均結晶粒径が３μｍ以下であることを特徴とするものである。  
【００１１】
上記構成に関し説明すると、一般に、圧電材料は、一般的にハード材とソフト材に分けられる。ハード材は硬くて変位し難い材料であり、従来例の説明で示した式（Ｉ）、（ＩＩ）における圧電定数（ｄ３１）が小さくて機械的品質係数（Ｑｍ）が高い材料である。一方ソフト材は軟らかくて変位し易い材料で圧電定数（ｄ３１）が大きくて機械的品質係数（Ｑｍ）が小さな材料である。前者としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）といった元素を加えることにより有効であり、又、後者については、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）といった元素をそれぞれ加えることにより効果がある。
そして、本願発明が企図しているハイパワー特性は、上記圧電定数（ｄ３１）と機械的品質係数（Ｑｍ）の積に比例する。その為、圧電定数（ｄ３１）と機械的品質係数（Ｑｍ）の改善を図るために、一般式「ＡＢＯ３  」におけるＢサイトを夫々効果のある５価の元素、すなわち、ニオブ(Ｎｂ)、アンチモン（Ｓｂ）、タンタル（Ｔａ)とマンガン（Ｍｎ）とを組み合わせて第３成分としての置換による改善を図ったものである。
又、その際、圧電定数（ｄ３１）が大きくなる程機械的品質係数（Ｑｍ）は小さくなり、逆に圧電定数（ｄ３１）が小さくなる程機械的品質係数（Ｑｍ）は大きくなる関係にある。つまり、上記圧電定数（ｄ３１）と機械的品質係数（Ｑｍ）との関係は互いにトレードオフの関係にある。よって、圧電定数（ｄ３１）と機械的品質係数（Ｑｍ）のバランスに注意する必要があり、そのバランスをとるためには、ニオブ(Ｎｂ)、アンチモン（Ｓｂ）、タンタル（Ｔａ)とマンガン（Ｍｎ）の置換量を制御しなければならない。
つまり、上記置換量が多くなると、粒界にＭｎが析出して上記圧電定数（ｄ３１）と機械的品質係数（Ｑｍ）の圧電特性が大きく低下するために、最大振幅量も２．０μｍ以下と小さくなってしまい、ハイパワー用圧電磁器組成物としては不適切なものとなってしまう。そこで、請求項３に示すように、この第３成分量を０．０１≦ａ≦０．１５に限定したものである。
又、圧電定数（ｄ３１）は、一般式「ＡＢＯ３」におけるＢサイトのＺｒ／Ｔｉ比に強く影響を受けることが知られている。特に、Ｚｒ／Ｔｉ比が大きくなると、その材料の結晶系が正方晶から菱面体晶へと変化し、特に両方の結晶系が存在する領域(混晶領域)から菱面体晶にかけて、圧電定数（ｄ３１）と機的品質係数（Ｑｍ）が比較的大きな値を示す。そこで、請求項３に示すように、上記組成のｂとｃの領域を０．３８≦ｂ≦０．６０、０．３８≦ｃ≦０．６０に限定したものである。
一方、一般式「ＡＢＯ３」におけるＡサイトは、アルカリ金属で置換すると、キュリー温度(キュリー温度を越えると、結晶系が強誘電体から圧電性が消失する常誘電体へ変化)を上げる効果が強く、これによりドメイン（双極子が一定の方向にそろっている領域）が強固に固定され機械的品質係数（Ｑｍ）を大きく改善することが可能となる。しかし、アルカリ金属元素の電荷は正電荷＋１価であり、従来Ａサイトは、正電荷＋２価のＰｂが存在するため、上記元素で置換すると電気的に正電荷が一つ少なくなり、一般式「ＡＢＯ３」の単一相を得ることが困難となる。
そこで、３価のランタノイド系元素と組み合わせることによって電荷的なバランスを保ち、且つ、緻密な焼結体を得るようにしている。しかし、Ａサイトの置換量(ｘ)が０．０８を超えると焼結後の平均粒径が著しく大きくなり最大振幅量も２μｍ以下となり、ハイパワー用圧電磁器組成物としては不適切なものとなる。このため、請求項２に示すように、そのＡサイト量(ｘ)を０＜ｘ≦０．０８に限定した。
同じく、Ｐｂと同じ２価のアルカリ土類元素で置換しても、機械的品質係数（Ｑｍ）は若干低下するものの、圧電定数（ｄ３１）が改善され、その結果、同様に高い振動振幅量が得られた。そのときの置換量は、請求項５に規定するように、５ｍｏｌ％以下に限定した。
ここで、置換量を５ｍｏｌ％以下に限定したのは次のような理由による。すなわち、５ｍｏｌ％を超えるアルカリ土類元素で置換を行うと、材料の比誘電率がさらに大きくなって圧電定数（ｄ３１）が高くなるが、逆に機械的品質係数（Ｑｍ）の低下が著しくなり、その結果、材料強度が低下してしまってハイパワー材料としては不適切なものとなるからである。
一方、材料組成が同じでも、焼結体の平均粒径を小さくすることで高い振動振幅量が得られることが判明した。その効果は請求項６に規定するように、５μｍ以下、特に、請求項７に規定するように、３μｍ以下の場合により強い効果が得られることが確認された。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明による圧電磁器組成物によると、主成分が組成式Ｐｂ１−ｘ(Ａ１１／２Ａ２１／２)ｘ(Ｍｎ１／３Ｍ２／３)ａＺｒｂＴｉｃＯ３｛但し、Ａ１はアルカリ金属(価数＋１)の内Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｅの内少なくとも一種類以上を含み、Ａ２はＢｉ及び希土類元素の内少なくとも一種類以上を含み、ＭはＳｂ、Ｎｂ、Ｔａの内少なくとも一種類以上を含｝で表され、これらを基本組成とし、一般記号「ＡＢＯ３」で表されるペロブスカイト型構造を有する構成になっているので、高い振動振幅を有していて高電圧を印加しても機械的な破壊がなく、且つ、安定した駆動が可能な圧電磁器組成物を得ることが可能になった。
又、ｘを０＜ｘ≦０．０８の範囲に設定した場合には上記効果がより確実なものとなった。
又、ａ、ｂ、ｃをそれぞれ０．０１≦ａ≦０．１５、０．３８≦ｂ≦０．６０、０．３８≦ｃ≦０．６０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１．０と設定した場合も上記効果をより確実なものとすることができる。
又、希土類元素としてはＬａ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂの内少なくとも一種類以上を含むものに設定した場合には上記効果がより確実なものとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図１及び図２を参照して本発明の一実施の形態を説明する。まず、本実施の圧電磁器組成物は、ペロブスカイト型酸化物であって、置換元素のモル比による組成式は次の式（ＩＩＩ）に示すようになっている。
Ｐｂ１−ｘ(Ａ１１／２Ａ２１／２)ｘ(Ｍｎ１／３Ｍ２／３)ａＺｒｂＴｉｃＯ３---（ＩＩＩ）
【００１４】
そして、本実施の形態による圧電磁器組成物は、上記組成式に示されるような組成物を基本組成として一般記号「ＡＢＯ３」で表されるものである。
尚、上記組成式（ＩＩＩ）において、「Ｐｂ１−ｘ(Ａ１１／２Ａ２１／２)ｘ」の部分が上記一般記号「ＡＢＯ３」における「Ａ」サイトの部分に相当するものであり、「(Ｍｎ１／３Ｍ２／３)aＺｒｂＴｉｃ」の部分が上記一般記号「ＡＢＯ３」における「Ｂ」サイトの部分に相当するものである。
【００１５】
又、上記「Ａ１」としては、アルカリ金属(価数＋１)の内リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｅ）の内少なくとも一種類以上を含むものとする。又、上記「Ａ２」としては、ビスマス（Ｂｉ）及びランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、カドリニウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）の希土類元素の内少なくとも一種類以上を含むものとする。さらに、上記「Ｍ」としては、アンチモン（Ｓｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）の内少なくとも一種類以上を含むものとする。
【００１６】
又、上記「ｘ」「ａ」、「ｂ」、「ｃ」は、夫々０．００≦ｘ≦０．０８、０．０１≦ａ≦０．１５、０．３８≦ｂ≦０．６０、０．３８≦ｃ≦０．６０の範囲にあり、且つ、ａ+ｂ+ｃ＝１．００である。そして、各種酸化物を上記化学量論組成になるように秤量し、遊星型ボールミルで湿式混合を行った。その後、乾燥させてペレット状に成形し、８５０℃で２時間仮焼を行った。次いで、ライカイ機で粉砕後、バインダーを加えて造粒を行い、矩形状に成形した後、１２３０℃で２時間で本焼成を行った。
【００１７】
そして、得られた試料をＸ線回折により結晶相を同定し、電子顕微鏡(ＳＥＭ)より焼結体の破断面を観察して平均結晶粒径を求めた。又、圧電特性については、得られた焼結体を１２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの試験片に加工を行った。さらに電極印刷・焼付け、分極処理（１３０℃中２．８
ｋｖ/ｍｍ×１０分）を行った後、インピーダンスアナライザー（ＨＰ４１９４Ａ）で周波数特性を測定し、各種圧電特性を求めた。
【００１８】
一方、振動振幅特性については、外形φ１５ｍｍ×内径φ８ｍｍ×３ｍｍの試験片を作製した後、ランジュバン型振動子を組み立てた。そして、その振動子に共振周波数近傍の１００Ｖの交流電圧を印加して振動させて、レーザードップラー振動速度計(ＬＤＶ)にて振動振幅量を測定した。
【００１９】
以上の試験の結果を表１、表２、表３に示す。
【００２０】
【表１】
2007204346.tif 000003
【００２１】
【表２】
2007204346.tif 000004
【００２２】
【表３】
2007204346.tif 000005
【００２３】
まず、表１は、試料番号１〜３５までの各試験片に対して、上記手法によって測定した最大振動振幅(ξ)と平均結晶粒径（μｍ）の結果を示したものである。又、表２は、試料番号３６〜６５までの各試験片に対して、上記手法によって測定した最大振動振幅(ξ)と平均結晶粒径（μｍ）の結果を示したものである。さらに、表３は試料番号６６〜９１までの各試験片に対して、上記手法によって測定した最大振動振幅(ξ)と平均結晶粒径（μｍ）の結果を示したものである。
【００２４】
又、表１において、試料番号１、試料番号５、試料番号９、試料番号２３、試料番号２６、試料番号２７、試料番号３０、試料番号３１、試料番号３５は、何れも本実施の形態の範囲外のものであって比較例である（表中＊印を付してある）。その他の試料番号のものは何れも本実施の形態における実施例である。
又、表２において、試料番号３９、試料番号４３、試料番号５７、試料番号６０、試料番号６１、試料番号６５は、何れも本実施の形態の範囲外のものであって比較例である（表中＊印を付してある）。その他の資料番号のものは何れも本実施の形態における実施例である。
尚、表３に示す試料番号については全て本実施の形態における実施例である。
【００２５】
又、表１に示す試料番号１〜試料番号３５については、「Ａ１」としてＬｉ、Ｎａのうちの少なくとも何れか一種類を使用し、且つ、「Ａ２」としてＬａを使用したものである。又、表２に示す試料番号３６〜試料番号６５については、「Ａ１」としてＬｉ、Ｎａのうちの少なくとも何れか一種類を使用し、且つ、「Ａ２」としてＢｉを使用したものである。又、表３に示す試料番号６６〜試料番号９１については、「Ａ１」としてＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｅの内少なくとも一種類以上を使用し、且つ、「Ａ２」としてＢｉ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂの内の少なくとも一種類以上を使用したものである。
【００２６】
以下、表１に示す各試料について詳しく説明する。
まず、試料番号１（比較例）は、本組成のペロブスカイト型の結晶構造において、Ａサイト位置に入るＰｂ以外の元素は使用せず、さらにＢサイト位置に入るＺｒ及びＴｉ以外の第３成分元素「Ｍ」としてＴａ、Ｎｂ、Ｓｂを全く加えないものであり、本実施の形態の範囲外のものである。そして、焼成後の平均粒径は３μｍ以下と小さいが、最大振幅量も２．０μｍ以下と低くハイパワー用の圧電磁器組成物としては不適切なものであった。
【００２７】
又、試料番号５（比較例）は、逆に混晶領域であるが、第３成分のＴａが所定量よりも多く（ａ＝０．１６）加えたものであり、０．０１≦ａ≦０．１５の範囲外のものである。平均粒径が５μｍと大きく異常な粒成長が観られ圧電特性が低下した。このため、最大振幅幅も２．０μｍ以下となり、ハイパワー用圧電磁器組成物としては不適切なものであった。
【００２８】
又、試料番号９（比較例）は、第３成分として夫々Ｔａを本実施の形態の範囲内で加えたものであるが、Ｚｒ(＝ｂ)が０．３６と少なく、０．３８≦ｂ≦０．６０の範囲外のものであり、混晶領域（正方晶と菱面体晶が共存する領域でＺｒとＴｉの比率により決まる）から大きく外れるために、電気機械結合係数（Ｋ）や機械的品質係数（Ｑｍ）といった圧電特性が大きく低下するために、最大振幅量も２．０μｍ以下と小さくハイパワー用圧電磁器組成物としては不適切なものであった。
【００２９】
又、試料番号２、３、４、６、７、８と試料番号１０〜１８（何れも本実施の形態における実施例）は、前記の第３成分としてＴａを加えたものであり、何れも本実施の形態の範囲内にあるものである。何れも最大振幅量が２．０μｍ以上であり、ハイパワー用圧電磁器組成物としては有用であった。特に、第３成分のＴａ量が０．０７≦ａ≦０．１２の範囲で、且つ、結晶系が混晶あるいは混晶領域に近い菱面体晶のとき、最大振幅量はさらに大きくなった（試料番号１１、１４、１７）。特に、試料番号１４は最大振幅量が４．４μｍと最大となった。これは、高電圧印加時の電気機械結合係数（Ｋ）と機械的品質係数（Ｑｍ）の積の値が最大になったためであると推測される。
【００３０】
又、試料番号１９〜２２、２８、２９、３２（何れも本実施の形態による実施例）は、本組成のペロブスカイト型の結晶構造において、Ａサイト位置に入るＰｂの一部をＬａとＬｉで置換したものであり、０．０１≦ｙ≦０．０８の範囲内のものである。これらのＡサイト置換により最大振幅量は著しく改善された。
【００３１】
又、試料番号２３（比較例）は、Ａサイト置換量が０．０８を超える、０．０１≦ｘ≦０．０８の範囲外のものであり、焼結後の平均粒径が著しく大きくなり最大振幅量も２μｍ以下となりはハイパワー用圧電磁器組成物としては不適切なものであった。
【００３２】
又、試料番号２４、２５（何れも本実施の形態による実施例）は、ＬａとＮａで置換した組成であり、０．０１≦ｙ≦０．０８の範囲内のものである。平均粒径、最大振幅量共にＬａとＬｉ置換組成と同様な効果が得られた。
【００３３】
試料番号２６、２７（何れも比較例）は、Ａ１とＡ２の置換比率の影響を検討したものであり、Ａ１／Ａ２比が０．８２〜１．２２外の組成については、振動振幅量が小さくハイパワー材料としては不適切なものとなった。
【００３４】
又、試料番号３０、３１、３５（比較例）はＴaとＳｂを同時に加えたものであるが、それぞれＺｒとＴｉが少なく、０．３８≦ｂ≦０．６０、０．３８≦ｃ≦０．６０の範囲外のものである。混晶領域から大きく外れるために、圧電特性が大きく低下したために、最大振幅量が２．０μｍ以下と小さくハイパワー用圧電磁器組成物としては不適切なものであった。
【００３５】
又、試料番号３３、３４は前記の第３成分の元素をＮｂに変えたものであり、何れも本実施の形態の囲内のものである。何れも最大振幅量が２．０μｍを超えており、さらに焼結後の平均粒径が３μｍ以下と著しく小さくなっており、これによりＴａで置換した試料と同等以上の効果が得られることを確認した。
【００３６】
以上のことから、主成分が組成式Ｐｂ１−ｘ(Ａ１１／２Ａ２１／２)ｘ(Ｍｎ１／３Ｍ２／３)ａＺｒｂＴｉｃＯ３｛但し、Ａ１はアルカリ金属(価数＋１)の内Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｅの内少なくとも一種類以上を含み、Ａ２はＢｉ及びＬａ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂの希土類元素の内少なくとも一種類以上を含み、ＭはＳｂ、Ｎｂ、Ｔａの内少なくとも一種類以上を含む｝で表され、これらを基本組成とし、一般記号「ＡＢＯ３」で表されるペロブスカイト型構造を有する構成とし、又、ｘを０＜ｘ≦０．０８の範囲に設定し、又、ａ、ｂ、ｃをそれぞれ０．０１≦ａ≦０．１５、０．３８≦ｂ≦０．６０、０．３８≦ｃ≦０．６０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１．０と設定することにより、焼結後の平均粒径が５μｍ以下に抑えることが可能で最大振幅量を２μｍ以上のハイパワー用圧電磁器組成物を得ることができるものである。
【００３７】
又、試料番号１０〜１８に関して、「ａ」、「ｂ」、「ｃ」の値によって、振動振幅(ξ)がどのように変化するかを考察してみた。その結果を図１に示す。図１は、横軸に「ｂ」の値をとり、縦軸に振動振幅(ξ)をとり、「ａ」の値が、０．０７、０．１０、の各場合において、「ｂ」の値を変化させた場合に、振動振幅(ξ)がどのように変化するかを示した図である。それによると、「ａ」が０．１０の場合には、「ｂ」が０．４＜ｂ＜０．５５の範囲内で、特に高い振動振幅(ξ)を得られていることがわかる。
【００３８】
又、試料番号１０に示した「ａ」、「ｂ」、「ｃ」の値であって平均結晶粒径が異なる複数種類の試験片を用意して、振動振幅（ξ)がどのように変化するかについて考察してみた。その結果を図２に示す。図２は、横軸に平均結晶粒径をとり、縦軸に振動振幅(ξ)をとって両者の関係を示した図である。それによると、平均結晶粒径が５μｍ以下の場合に高い振動振幅(ξ)を得られることがわかる。
【００３９】
又、特に、平均結晶粒径が３μｍ以下の場合には極めて良好な振動振幅(ξ)が得られていることがわかる。
尚、表２、表３に示されている各資料についても同様のことがいえるものである。
【００４０】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
主成分が組成式Ｐｂ１−ｘ(Ａ１１／２Ａ２１／２)ｘ(Ｍｎ１／３Ｍ２／３)ａＺｒｂＴｉｃＯ３｛但し、Ａ１はアルカリ金属(価数＋１)の内Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｅの内少なくとも一種類以上を含み、Ａ２はＢｉ及び希土類元素の内少なくとも一種類以上を含み、ＭはＳｂ、Ｎｂ、Ｔａの内少なくとも一種類以上を含む｝で表れ、これらを基本組成とし、一般記号ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型構造を有する構成になっているので、高い振動振幅を有していて高電圧を印加しても機械的な破壊がなく、且つ、安定した駆動が可能な圧電磁器組成物を得ることが可能になった。
又、ｘを０＜ｘ≦０．０８の範囲に設定した場合には上記効果がより確実なものとなった。
又、ａ、ｂ、ｃをそれぞれ０．０１≦ａ≦０．１５、０．３８≦ｂ≦０．６０、０．３８≦ｃ≦０．６０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１．０と設定した場合も上記効果をより確実なものとすることができる。
又、希土類元素としてはＬａ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂの内少なくとも一種類以上を含むと設定した場合に上記効果をより確実なものとすることができる。
又、それと同時に平均粒径を５μｍ以下とした焼結体とすることによって、上記のような高い振動振幅を有する圧電磁器組成物をより確実に得ることが可能になった。
特に、平均粒径を３μｍ以下とすることにより、より確実なものとなる。
【００４１】
尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。例えば、「Ａ１」については、アルカリ金属(価数＋１)の内リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｅ）の内少なくとも一種類上であるから任意の二種類以上を同時に使用してもよい。
同様に、「Ａ２」としても、ビスマス（Ｂｉ）、希土類元素としてのランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、カドリニウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）の内少なくとも一種類上であるから任意の二種類以上を同時に使用してもよい。
同様に、「Ｍ」についても、アンチモン（Ｓｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）の内少なくとも一種類以上であるから、任意の二種類以上を同時に使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は圧電磁器組成物とその圧電磁器組成物を使用した圧電共振子に係り、特に、高周波領域での高電圧駆動に対して高い振動振幅を有するものに関し、例えば、圧電アクチュエータや圧電トランス等の圧電デバイスに最適である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図で、モル比と振動振幅との関係を示す特性図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す図で、平均粒径と最大振動振幅との関係を示す特性図である。
【図１】
2007204346.tif 000006
【図２】
2007204346.tif 000007